Der Sperrwandler wandelt eine Gleichspannung in eine im Vergleich zur Eingangsspannung reduzierte Gleichspannung um. Er ermöglicht die Versorgung elektronischer Bauteile mit Betriebsspannung, beispielsweise über einen AC/DC-Wandler.
Der Sperrwandler ist die wohl am weitesten verbreitete Bauform in der Elektronikindustrie (LCD-Monitore, Röhrenfernseher, DVD-Player usw.). Er entspricht einem Abwärts-/Aufwärtswandler, bei dem die Induktivität durch zwei gekoppelte Induktivitäten ersetzt wird, die als Transformatoren fungieren.
Hier ist das grundlegende Diagramm des FlyBack-Konverters:
Das Funktionsprinzip des Flyback-Konverters basiert auf der Speicherung von Energie im Magnetkern eines Transformators während der ersten Phase des Schaltzyklus und deren Abgabe an den Ausgang während der zweiten Phase. Diese Art der Energieübertragung über einen Transformator ermöglicht nicht nur eine galvanische Trennung, sondern auch große Flexibilität bei der Wahl der Eingangs- und Ausgangsspannungen.
In diesem Tutorial bauen wir anhand des Grundschaltplans unseren eigenen Sperrwandler, um eine Gleichspannung zwischen 8 V und 32 V in zwei Ausgangsgleichspannungen umzuwandeln: 8 V und 12 V.
Hier ist unser Schaltplan, den wir im Folgenden näher erläutern:
Die Elemente C4, C5 und C6 am Eingang dienen der Eingangsleistungsfilterung.
Die Widerstände R3 und R5 dienen dem Unterspannungsschutz.
Der Widerstand R2 dient der Einschaltdauer:
R4, C4 und C9 bilden den Welligkeitsfilter, während R8 und R9 die Rückkopplungsspannung an den Rückkopplungspin des LM5160 liefern. Diese beiden Widerstände bestimmen die Ausgangsspannung. C10 und C11 dienen zur Filterung des nicht isolierten Primärausgangs.
Eine der Schlüsselkomponenten ist T1. Dies ist eine gekoppelte Induktivität mit einer Induktivität von 60 µH auf der Primär- und Sekundärseite.
C3 dient der EMI-Stabilität. D1 ist die Durchlassdiode, die den Ausgang umwandelt, und C1 und C2 sind die Filter. R2 ist die für den Start erforderliche Mindestlast:
Kondensator C13, angeschlossen an Pin SS, ist ein Softstart-Kondensator. Die Anschlüsse AGND (Analog Ground) und PGND (Power Ground) sowie das PAD sind mit dem GND-Anschluss des Netzteils verbunden.
C11, ein 0,01-µF-Kondensator, ist ein Bootstrap-Kondensator zur Vorspannung der Gate-Treiberschaltung:
Die Leiterplatte wurde mit Altium Designer erstellt. Es handelt sich um eine zweilagige Platine, die beim JLPCB-Hersteller (Easy Eda) produziert wurde.
Wir haben die Empfehlungen befolgt, die im Datenblatt des FlyBack-Konverters (LM5160ADNTT) oder im elektronischen Diagramm und der Verlegung der Karte zu finden sind:
Hier ist die oberste Schicht der elektronischen Karte:
Hier ist die 3D-Vision unserer elektronischen Karte: